CEX离子交换色谱

⑴ 离子交换色谱的原理以及阴阳离子交换树脂的特性

离子交换树脂的结构：

离子交换树脂主要由高分子骨架和活性基团两部分组成，高分子骨架是惰性的网状结构骨架，是不溶于酸或碱的高分子物质，常用的离子交换树脂是由苯乙烯和二乙烯苯聚合得到树脂的骨架。

而活性基团不能自由移动的官能团离子和可以自由移动的可交换离子两部分组成，可交换离子能够决定树脂所吸附的离子，比如可交换离子为H型阳离子交换树脂，那么这个树脂能够吸附的离子，就是H型阳离子，而官能团离子能够决定树脂的“酸"、“碱"性和交换能力的强弱，比如官能团离子是强酸性离子，那么树脂就是强酸性离子交换树脂。

离子交换树脂的内部结构：

1.凝胶型树脂是由纯单体混合物经缩合或聚合而成的，结构为微孔状，合成的工艺比较简单，孔径大概在1-2nm左右，凝胶型树脂的操作容量高，产水量高，物理强度好，且再生效率高，被广泛应用在食品饮料加工，超纯水制备，饮用水过滤，硬水软化，制糖业，制药等领域。

2.大孔型树脂的孔径一般在10nm左右，在树脂中孔径是比较大的，所以被称为大孔型树脂，且孔径不会随着周围的环境而变化，能够弥补凝胶型树脂不能在非水系统中使用的缺点，吸附能力非常强大，不易碎裂，耐氧化好，操作容量高，能够应用在医药领域、除重金属污染、药品纯化、水处理中除去碳酸硬度、冷凝水精处理等领域。

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⑵ 色谱法的原理

色谱过程的本质是待分离物质分子在固定相和流动相之间分配平衡的过程，不同的物质在两相之间的分配会不同，这使其随流动相运动速度各不相同，随着流动相的运动，混合物中的不同组分在固定相上相互分离。根据物质的分离机制，又可以分为吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、凝胶色谱、亲和色谱等类别。 吸附色谱利用固定相吸附中心对物质分子吸附能力的差异实现对混合物的分离，吸附色谱的色谱过程是流动相分子与物质分子竞争固定相吸附中心的过程
吸附色谱的分配系数表达式如下：
K_a =frac{[X_a]}{[X_m]}
其中[Xa]表示被吸附于固定相活性中心的组分分子含量，[Xm]表示游离于流动相中的组分分子含量。分配系数对于计算待分离物质组分的保留时间有很重要的意义。 分配色谱利用固定相与流动相之间对待分离组分溶解度的差异来实现分离。分配色谱的固定相一般为液相的溶剂，依靠图布、键合、吸附等手段分布于色谱柱或者担体表面。分配色谱过程本质上是组分分子在固定相和流动相之间不断达到溶解平衡的过程。
分配色谱的狭义分配系数表达式如下：
K=frac=frac{X_s/V_s}{X_m/V_m}
式中Cs代表组分分子在固定相液体中的溶解度，Cm代表组分分子在流动相中的溶解度。
离子交换色谱
离子色谱分析法出现在20世纪70年代，80年代迅速发展起来，以无机、特别是无机阴离子混合物为主要分析对象。
离子交换色谱利用被分离组分与固定相之间发生离子交换的能力差异来实现分离。离子交换色谱的固定相一般为离子交换树脂，树脂分子结构中存在许多可以电离的活性中心，待分离组分中的离子会与这些活性中心发生离子交换，形成离子交换平衡，从而在流动相与固定相之间形成分配。固定相的固有离子与待分离组分中的离子之间相互争夺固定相中的离子交换中心，并随着流动相的运动而运动，最终实现分离。
离子交换色谱的分配系数又叫做选择系数，其表达式为：
K_s=frac{[RX^+]}{[X^+]}
其中[RX + ]表示与离子交换树脂活性中心结合的离子浓度，[X + ]表示游离于流动相中的离子浓度。 1．物理吸附又称表面吸附，是因构成溶液的分子（含溶质及溶剂）与吸附剂表面分子的分子间力的相互作用所引起的。
a) 基本规律：“相似者易于吸附”，固液吸附时，吸附剂、溶质、溶剂三者统称为吸附过程的三要素。
b) 基本特点：无选择性、可逆吸附、快速。
c) 基本原理：吸附与解吸附的往复循环。
d) 三要素：吸附剂、溶质(被分离物)、溶剂。
色谱柱
物理吸附过程：吸附——解吸附——再吸附——再解析——直至分离
2．化学吸附
a) 基本特点：有选择性、不可逆吸附。
b) 基本原理：产生化学反应。酸性物质与Al2O3发生化学反应；碱性物质与硅胶发生化学反应；Al2O3容易发生结构的异构化，应尽量避免。
3．半化学吸附
1）基本特点：介于物理吸附和化学吸附之间。
2）基本原理：以氢键的形式产生吸附。
如聚酰胺对黄酮类、醌类等化合物之间的氢键吸附，力量较弱，介于前两者之间，也有一定的应用。 吸附剂的一般要求：较大的表面积与一定的吸附能力。不与展开剂起化学变化，不与待分离的物质产生反应或催化、分解或缔合，颗粒均匀。
1．极性吸附剂
硅胶，氧化铝均为极性吸附剂，特点为：
a) 对极性物质具有较强的亲和能力，极性强的溶质将被优先吸附。
b) 溶剂极性较弱，则吸附剂对溶质将表现出较强的吸附能力。溶剂极性增强，则吸附剂对溶质的吸附能力随之减弱。
c) 溶质即使被硅胶、氧化铝吸附，但一旦加入极性较强的溶剂时，又可被后者置换洗脱下来。
极性强弱的判断 (与功能基的种类、数目多少和排列方式有关) ：亲水性基团与极性成正比，亲脂性基团与极性成反比；游离型化合物极性弱、具亲脂性，解离型化合物极性强、具亲水性；溶剂的极性—依据介电常数来决定。
色谱试剂
2．聚酰胺
聚酰胺吸附剂可分包括锦纶6（聚己内酰胺）和锦纶66（聚己二酰己二胺），为氢键吸附，半化学吸附。聚酰胺分子中有许多酰胺基，聚酰胺上的C=O与酚基，黄酮类、酸类中的-OH或-COOH形成氢键。酰胺基中的氨基与醌类或硝基类化合物中的醌基或硝基形成氢键。由于被分离物质的结构不同，或同一类结构化合物中的活性基团的数目及位置的不同而是之于聚酰胺形成氢键的能力不同而得到分离。
3．活性炭
活性炭为非极性吸附剂，故与硅胶、氧化铝相反，对非极性物质具有较强的亲和能力，在水中对溶质表现出强的吸附能力。溶剂极性降低，则活性炭对溶质的吸附能力也随之降低。吸附剂的吸附力一定时，溶质极性越强，洗脱剂的极性越弱。 吸附薄层色谱法是指根据各成分对同一吸附剂吸附能力不同，使在移动相（溶剂）流过固定相（吸附剂）的过程中，连续的产生吸附、解吸附、再吸附、再解吸附，从而达到各成分的互相分离的目的。

⑶ 色谱的原理

色谱的原理如下：

按色谱法分离所依据的物理或物理化学性质的不同，又可将其分为： 吸扮梁竖附色谱法：利用吸附剂表面对不同组分物理吸附性能的差别而使之分离的色谱法称为吸附色谱法。适于分离不同种类的化合物。

尺寸排阻色谱法：是按分子大小顺序进行分离的一种色谱方法，体积大的分子不能渗透到凝胶孔穴中去而被排阻，较早的淋洗出来；中等体积的分子部分渗透；小厅大分子可完全渗透入内，最后洗出色谱柱。这样，样品分子基本按其分子大小先后排阻，从柱中流出。

被广泛应用于大分子分级，即用来分析大分子物质相对分子质量的分布。 亲和色谱法：相互间具有高度特异亲和性的二种物质之一作为固定相，利用与固定相不同程度的亲和性，使成分与杂质分离的色渣坦谱法。